CN114278444A - 一种工程机械负载自适应控制方法、装置及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械负载自适应控制方法、装置及工程机械，其中工程机械负载自适应控制方法包括：获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率；根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定所述工程机械的当前工况；根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。由此可以利用先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率判断出工程机械的当前工况，例如是轻载还是重载，然后根据当前工况调节所述工程机械的喷油量，从而可以有效提高工程机械的燃油经济性。

Description

一种工程机械负载自适应控制方法、装置及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种工程机械负载自适应控制方法、装置及工程机械。

背景技术

履带式液压挖掘机是一种挖掘及装运的工程类作业机械，广泛用于城市、交通、水利、矿山、河道等基础建设中，被称为“多功能高效机械”。挖掘机的工况很复杂，大部分工作在重载工况，但是也有轻载工况，而且往往在重载和轻载工况之间不停的切换，为了提高复杂工况的适应性，发动机的扭矩储备要达到20％，因发动机本身扭矩储备较大，所以在轻载工况下，发动机的负荷率只能达到20％～30％，甚至更低，这时候的燃油经济性就较差。同时因挖掘机的工况复杂，工作环境恶劣，操作手的操作不够规范合理，甚至出现暴力操作，造成负载突变性过大，油量过喷，大大增加了燃油的浪费，所以往往存在因操作手操作不合理而造成油耗过高的现象。

发明内容

为了解决挖掘机在复杂多变的工况下，因无法适应重载和轻载工况的来回切换及操作手的不规范操作造成的油耗高问题，本发明提出了一种工程机械负载自适应控制方法、装置及工程机械。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种工程机械负载自适应控制方法，包括：获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率；根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定工程机械的当前工况；根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。

本发明实施例提供的工程机械负载自适应控制方法，可以利用先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率判断出工程机械的当前工况，例如是轻载还是重载，然后根据当前工况调节所述工程机械的喷油量，从而可以有效提高工程机械的燃油经济性；并且上述的工况确定方法具有准确、简单的优点，尤其是对轻载和重载切换时刻的识别很准，有利于通过调节喷油量来稳定转速，且确定方法无需再增加任何额外硬件设备即可实现。具体的，轻载和重载的识别时刻是在切换过程中识别的，而非已经稳定为重载或轻载。切换过程中，可以稳定转速，节省油耗。当重载切换到轻载时，转速会上冲，在此时刻降低目标转速和目标喷油量可以减少转速上冲幅度，从而稳定转速，减小油耗。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定所述工程机械的当前工况包括：计算所述前泵压力和所述后泵压力的平均压力；当所述先导压力大于预设的第一阈值、所述平均压力小于等于预设的第二阈值且所述负载率小于等于预设的第三阈值时，判定所述工程机械的当前工况为轻载；否则，判定所述工程机械的当前工况为重载。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述第一阈值为0，所述第二阈值为主压限值，所述第三阈值为负载率限值。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量包括：获取油门电压，并确定与所述油门电压相对应的目标转速；根据所述目标转速确定限制扭矩；利用所述目标转速和所述限制扭矩确定所述工程机械的喷油量。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述限制扭矩包括轻载限制扭矩和重载限制扭矩，所述根据所述目标转速确定限制扭矩包括：当所述当前工况为轻载时，利用预设的修正值对所述目标转速进行修正得到修正转速，确定与所述修正转速相对应的轻载最大扭矩，并根据所述轻载最大扭矩和预设的第一限制系数计算轻载限制扭矩；当所述当前工况为重载时，确定与所述目标转速相对应的重载最大扭矩，并根据所述重载最大扭矩和预设的第二限制系数计算重载限制扭矩。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述利用所述目标转速和所述限制扭矩确定所述工程机械的喷油量包括：根据所述目标转速得到第一喷油量；根据所述限制扭矩得到第二喷油量；取所述第一喷油量和所述第二喷油量的较小值作为所述工程机械的喷油量。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述第一限制系数小于等于所述第二限制系数。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第七实施方式中，确定与所述修正转速相对应的轻载最大扭矩包括：根据发动机外有特性确定与所述修正转速对应的轻载最大扭矩；确定与所述目标转速相对应的重载最大扭矩包括：根据发动机外有特性确定与所述目标转速对应的重载最大扭矩。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种工程机械负载自适应控制装置，包括获取模块、工况确定模块和调整模块；所述获取模块用于获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率；所述工况确定模块用于根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定所述工程机械的当前工况；所述调整模块用于根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种工程机械，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的工程机械负载自适应控制方法。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例1中工程机械负载自适应控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1一示例的工程机械负载自适应控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例2中工程机械负载自适应控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供了一种工程机械负载自适应控制方法。图1为本发明实施例1中工程机械负载自适应控制方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例1的工程机械负载自适应控制方法包括以下步骤：

S101：获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率。

在本发明实施例1中，所述先导压力指的是液压主阀上的先导压力，所述前泵压力指的是靠近发动机端泵1的出口压力，所述后泵压力指的是与泵1串联在一起的泵2的出口压力。可以通过先导压力传感器获取先导压力，通过泵1压力传感器获取前泵压力，通过泵2压力传感器获取后泵压力。其中，泵1和泵2串联在一起接到发动机飞轮端。

S102：根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定所述工程机械的当前工况。

作为具体的实施方式，所述根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定所述工程机械的当前工况可以采用如下方案：计算所述前泵压力和所述后泵压力的平均压力；当所述先导压力大于预设的第一阈值、所述平均压力小于等于预设的第二阈值且所述负载率小于等于预设的第三阈值时，判定所述工程机械的当前工况为轻载；否则，判定所述工程机械的当前工况为重载。举例的，当所述先导压力大于预设的第一阈值、所述平均压力小于等于预设的第二阈值但所述负载率小于等于预设的第三阈值时，所述工程机械的当前工况为重载。

具体的，第一阈值为0，所述第二阈值为主压限值，所述第三阈值为负载率限值。在实际挖土工况中采集多组数据，具体的，主压限值为根据卸土后到挖土前拟合出主压的平均值；负载率限值根据卸土后到挖土前拟合出的负载率最大值。

S103：根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。

作为具体的实施方式，所述根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量可以采用如下方案：(1)获取油门电压，并确定与所述油门电压相对应的目标转速；(2)根据所述目标转速确定限制扭矩；(3)利用所述目标转速和所述限制扭矩确定所述工程机械的喷油量。

在本发明实施例1中，油门电压指的是油门旋钮的电压值，可以通过主控制器获取油门电压。

所述限制扭矩包括轻载限制扭矩和重载限制扭矩，具体的，步骤(2)根据所述目标转速确定限制扭矩可以采用如下方案：当所述当前工况为轻载时，利用预设的修正值对所述目标转速进行修正得到修正转速，确定与所述修正转速相对应的轻载最大扭矩，并根据所述轻载最大扭矩和预设的第一限制系数计算轻载限制扭矩；当所述当前工况为重载时，确定与所述目标转速相对应的重载最大扭矩，并根据所述重载最大扭矩和预设的第二限制系数计算重载限制扭矩。

其中，所述第一限制系数小于等于所述第二限制系数。

更加具体的，确定与所述修正转速相对应的轻载最大扭矩包括：根据发动机外有特性确定与所述修正转速对应的轻载最大扭矩。确定与所述目标转速相对应的重载最大扭矩包括：根据发动机外有特性确定与所述目标转速对应的重载最大扭矩。

具体的，步骤(3)利用所述目标转速和所述限制扭矩确定所述工程机械的喷油量可以采用如下方案：根据所述目标转速得到第一喷油量；根据所述限制扭矩得到第二喷油量；取所述第一喷油量和所述第二喷油量的较小值作为所述工程机械的喷油量。

本发明实施例提供的工程机械负载自适应控制方法，可以利用先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率判断出工程机械的当前工况，例如是轻载还是重载，然后根据当前工况调节所述工程机械的喷油量，从而可以有效提高工程机械的燃油经济性；并且上述的工况确定方法具有准确、简单的优点，尤其是对轻载和重载切换时刻的识别很准，有利于通过调节喷油量来稳定转速，且确定方法无需再增加任何额外硬件设备即可实现。具体的，轻载和重载的识别时刻是在切换过程中识别的，而非已经稳定为重载或轻载。切换过程中，可以稳定转速，节省油耗。当重载切换到轻载时，转速会上冲，在此时刻降低目标转速和目标喷油量可以减少转速上冲幅度，从而稳定转速，减小油耗。

为了对本发明实施例1工程机械负载自适应控制方法进行更加详细的说明，给出以下示例。图2为本发明实施例1一示例的工程机械负载自适应控制方法的流程示意图，如图2所示，工程机械负载自适应控制方法包括以下步骤：

1、主控制器采集油门旋钮电压V，液压主阀上的先导压力p，前后泵的主压P1和P2，及通过CAN总线通讯采集发动机ECU发出的实时转速N及负载率k。

2、通过先导压力识别挖机动作；通过主泵压力值的大小识别负载变化；通过发动机的实时负载率识别负载大小。当满足动臂下降先导压力p1＞0，前后泵主压(P1+P2)/2≤P0，且实时负载率K≤K0时，说明此时处于轻载工况，否则处于重载工况。

3、当识别到发动机处在轻载工况时，主控制器获取的油门电压V对应的目标转速n1，因处在轻载工况，可适当降低目标转速，于是对目标转速n1进行修正，修正后转速n2＝n1-n0，n0是一个修正转速。同时根据发动机外有特性确定修正转速n2对应的最大扭矩T2，并计算限制扭矩T＝T2*β2，β2是一个修正系数，范围限定在0.65～0.85之间。

4、当识别到整车处于重载工况时，主控制器获取的油门电压V对应的目标转速n1，根据发动机外有特性确定n1对应的发动机最大扭矩T1，计算限制扭矩T＝T1*β1，β1是一个修正系数，范围限定在0.85～1之间。

5、主控制器将计算后的目标转速n1(重载)或n2(轻载)和发动机限制扭矩T通过两个TSC1报文发送给发动机ECU。

6、发动机ECU接收主控制器发过来的TSC1报文，确定稳定目标转速n需要的喷油量q1和限制扭矩对应的喷油量q2，通过比较q1和q2，确定较小值为最终的发动机喷油量q。

由此可见，本发明实施例1挖掘机上的主控制器结合先导压力、主泵主压和发动机负载率，判断当前是轻载工况还是重载工况。如果是轻载工况，则通过降低发动机的目标转速，提高发动机负荷率，同时对发动机的当前扭矩进行限制，防止发动机因负载突变及操作手的暴力操作导致的油量过喷，从而有效提高发动机在轻载工况下的燃油经济性和减少油量过喷造成的燃油浪费。

实施例2

与本发明实施例1相对应，本发明实施例2提供了一种工程机械负载自适应控制装置。图3为本发明实施例2中工程机械负载自适应控制装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例2的工程机械负载自适应控制装置包括获取模块20、工况确定模块21和调整模块22。

具体的，获取模块20，用于获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率。

工况确定模块21，用于根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定所述工程机械的当前工况。

调整模块22，用于根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。

上述工程机械负载自适应控制装置具体细节可以对应参阅图1至图2所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

实施例3

本发明实施例还提供了一种工程机械，该工程机械可以包括处理器和存储器，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的工程机械负载自适应控制方法对应的程序指令/模块(例如，图3所示的获取模块20、工况确定模块21和调整模块22)。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的工程机械负载自适应控制方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行如图1-2所示实施例中的工程机械负载自适应控制方法。

上述工程机械具体细节可以对应参阅图1至图3所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，包括：

获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率；

根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定工程机械的当前工况；

根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。

2.根据权利要求1所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，所述根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定工程机械的当前工况包括：

计算所述前泵压力和所述后泵压力的平均压力；

当所述先导压力大于预设的第一阈值、所述平均压力小于等于预设的第二阈值且所述负载率小于等于预设的第三阈值时，判定所述工程机械的当前工况为轻载；否则，判定所述工程机械的当前工况为重载。

3.根据权利要求2所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，所述第一阈值为0，所述第二阈值为主压限值，所述第三阈值为负载率限值。

4.根据权利要求1所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，所述根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量包括：

获取油门电压，并确定与所述油门电压相对应的目标转速；

根据所述目标转速确定限制扭矩；

利用所述目标转速和所述限制扭矩确定所述工程机械的喷油量。

5.根据权利要求4所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，所述限制扭矩包括轻载限制扭矩和重载限制扭矩，所述根据所述目标转速确定限制扭矩包括：

当所述当前工况为轻载时，利用预设的修正值对所述目标转速进行修正得到修正转速，确定与所述修正转速相对应的轻载最大扭矩，并根据所述轻载最大扭矩和预设的第一限制系数计算轻载限制扭矩；

当所述当前工况为重载时，确定与所述目标转速相对应的重载最大扭矩，并根据所述重载最大扭矩和预设的第二限制系数计算重载限制扭矩。

6.根据权利要求4所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，所述利用所述目标转速和所述限制扭矩确定所述工程机械的喷油量包括：

根据所述目标转速得到第一喷油量；

根据所述限制扭矩得到第二喷油量；

取所述第一喷油量和所述第二喷油量的较小值作为所述工程机械的喷油量。

7.根据权利要求5所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，所述第一限制系数小于等于所述第二限制系数。

8.根据权利要求5所述的工程机械负载自适应控制方法，其特征在于，确定与所述修正转速相对应的轻载最大扭矩包括：根据发动机外有特性确定与所述修正转速对应的轻载最大扭矩；

确定与所述目标转速相对应的重载最大扭矩包括：根据发动机外有特性确定与所述目标转速对应的重载最大扭矩。

9.一种工程机械负载自适应控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取先导压力、前泵压力、后泵压力和负载率；

工况确定模块，用于根据所述先导压力、所述前泵压力、所述后泵压力和所述负载率确定工程机械的当前工况；

调整模块，用于根据所述当前工况调节所述工程机械的喷油量。

10.一种工程机械，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-8中任一项所述的工程机械负载自适应控制方法。

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